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日志

 
 

活化蛋白C抗急性肺损伤的研究进展  

2015-09-19 19:47:12|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【关键词】  活化蛋白C 急性肺损伤 器官保护 文献综述

  急性肺损伤(ALI)是临床上常见且严重的并发症,常导致患者住院时间延长和重症患者院内死亡,其治疗策略的研究一直是人们关注的热点。近年的研究发现,机体受到内、外源性打击后,凝血系统和炎症系统的过度活化在全身炎症反应综合征(SIRS)中处于核心位置,两者相互作用,促进了ALI的发生。活化蛋白C(activated protein C,APC)是天然的抗凝物质,并兼有多种细胞保护作用,已经用于重症脓毒血症的治疗,可以明显降低该类患者的死亡率。现对APC抗ALI的相关研究进展作一综述。

     1  ALI发生的相关机制

     ALI的特征是多种系统或肺部创伤后肺毛细血管通透性增加,产生非心源性肺水肿,临床表现出难以纠正的低氧性呼吸功能不全,常需要机械通气辅助支持。其简单定义为:(1) 急性起病,一般短于7 d;(2) 出现严重的低氧血症,PaO2/FiO2<300,若PaO2/FiO2<200则为ALI的极端形式——急性呼吸窘迫综合征(ARDS);(3) 胸部正位X线摄片可见弥漫性双侧肺浸润伴肺水肿(呈斑片状,不对称,可伴有胸腔积液);(4) 无左房压升高,肺动脉契压(PAWP)<18 mmHg[1](1 mmHg=0.133 kPa)。

     导致ALI的常见原因有:体外循环心脏手术、重症脓毒血症、急性肺栓塞后溶栓、肺移植再灌注、重症急性胰腺炎、心肌及胃肠道等的缺血与再灌注等。如体外循环手术后引起凝血系统、纤溶系统和补体系统过度激活,白细胞、内皮细胞和血小板等细胞成分的活化并相互作用,加上全身组织器官的缺血再灌注损伤,将发生SIRS[23]。SIRS导致的ALI发生率很高,疾病谱从轻度的呼吸困难到严重的成人呼吸窘迫综合征(ARDS),其中ARDS占2%左右,但死亡率可高达50%。随着治疗方法的改进,近期的死亡率降至35%~40%,但仍有约20%的病人需要机械通气辅助48 h以上[4]。

     ALI主要的病理生理学改变为:全身炎症和凝血级联反应的过度放大,内皮和炎症细胞过度激活并相互作用,产生大量的炎症介质如细胞因子、趋化因子、补体降解产物、蛋白水解酶、活性氧族等,导致肺毛细血管内皮细胞凋亡、坏死以及屏障功能障碍,使肺毛细血管通透性增加,血管内液体、溶质和细胞成分迁移至肺间质和(或)肺泡腔,产生肺水肿[5]。
    
  2  APC的产生与活化

     APC是一种内源性抗凝蛋白,具有维生素K依赖的丝氨酸蛋白酶活性。正常情况下其在血液循环中主要以前体蛋白质C(protein C,PC)的形式存在,主要由肝脏合成,而内皮细胞、角质细胞和一些血源性细胞也可以产生PC[6]。PC在循环中的含量为70  nmol·L-1,而APC的浓度则更低,为40  pmol·L-1。

    PC经凝血酶凝血调节蛋白(thrombinthrombomodulin,TTM)复合物剪切而活化产生APC[7]。当凝血级联反应激活后,将凝血酶原转化成凝血酶(T),T作为促凝的血浆蛋白酶,水解纤维蛋白原产生纤维蛋白,进而导致血栓形成。过量的T产生可以激活体内的抗凝系统,APC就是其中之一。T与细胞表面的TM结合形成TTM复合物,失去催化纤维蛋白原的能力,却可剪切细胞表面PC的第169位精氨酸(Arg169),移除其活化肽段而产生APC[6]。内皮细胞蛋白C受体(endothelial protein C receptor,EPCR)对APC的活化具有增强作用:EPCR结合PC后,提高TTM对PC的活化效率约20倍,且EPCR作为APC的辅助受体参与其多种生物学活性[89]。

     3  APC的生物学活性与相关机制

     美国FDA已经于2003年批准将重组人APC(recombined human APC,rhAPC)应用于重症脓毒血症患者。基于PROWESS临床试验的结果,rhAPC可以使重症脓毒血症患者的死亡率降低6.1%[10]。亚组分析显示,其对高死亡风险人群的益处最强,死亡率降低了13%[11]。其确切的作用机制目前还不甚明确。

     APC是重要的抗凝物质,它通过负反馈调节机制作用于凝血级联反应体系,起到抑制凝血和促进纤溶的作用。其抗凝重要性体现在APC基因缺陷的患者中,杂合子缺陷者表现为静脉血栓形成的风险增加,而纯合子型缺陷则导致胎儿和新生儿时期致死性的凝血障碍并发症——新生儿爆发性紫癜[12],且该现象在鼠基因缺陷模型中已得到证实[13]。

     最近的研究发现,APC除了发挥胞外的抗凝作用外,还可通过激活细胞膜上特异性的受体引起胞内信号传递,发挥细胞保护作用,具体可概括为:调节胞内基因表达、抗炎、抗凋亡及保护内皮细胞屏障的活性[1415]。对狒狒的在体研究数据显示,APC细胞保护作用的发挥需要EPCR作为其辅助受体[8],且有激活蛋白酶活化受体1(protease activated receptor1,PAR1)的参与[16]。
    
  3.1 APC的抗凝活性

     结合在细胞表面EPCR上的PC经过TTM复合物的剪切,产生具有丝氨酸蛋白酶活性的APC。当APC从EPCR上解离并结合在细胞膜表面的磷脂分子上时,一方面在多种辅助因子(如蛋白质S、因子Ⅴ等)的帮助下,APC不可逆地水解并使凝血因子Ⅴa、Ⅷa失活,打断凝血级联反应,阻止T的进一步产生,减轻机体的高凝状态[17];另一方面,APC可以抑制两个重要的纤溶酶抑制因子——纤溶酶原激活物抑制因子1(plasminogen activator inhibitor1,PAI1)和凝血酶激活的纤溶抑制因子(thrombin activatable fibrinolysis inhibitor,TAFI),从而促进纤溶酶的产生及活性增加[14]。APC以这两种方式发挥其抗凝活性,维持机体的凝血平衡。
    
  3.2 APC的细胞保护活性

     当APC产生后继续停留在EPCR上,则可利用其蛋白酶活性剪切并活化细胞表面的特异性受体PAR1,启动后续的细胞内级联信号传递,发挥其细胞保护效应。这些效应的发挥独立于其抗凝活性[7,15],而依赖于EPCR,且需活化G蛋白偶联受体PAR1介导相应的细胞信号传递才能产生[16]。

  3.2.1  APC改变基因表达特征 

  APC可以调节炎症、凋亡相关基因的表达,如下调促炎症和促凋亡途经而上调抗炎和抗凋亡途经,进而表现出抗炎和抗凋亡的作用。APC对基因表达特征的影响主要归因于它对相关转录因子的调节:APC可以直接抑制核因子κB(NFκB)的表达和功能,从而抑制与之相关的TNFα表达和其诱导的细胞活化与黏附分子表达;APC可以抑制活化蛋白1(activator protein,AP1)家族的cFos和FosB的表达,降低单核细胞趋化蛋白1(MCP1)和细胞间黏附分子1(ICAM1)的表达,从而抑制炎症细胞的活化、迁移及浸润;APC还可以上调抗凋亡基因bcl2的表达,并下调促凋亡基因bax和p53的表达,从而产生后续的抗凋亡作用[18]。

  3.2.2  APC的抗炎活性 

  APC的抗炎作用可以简单区分为其对内皮细胞的作用和对白细胞的作用:APC可以抑制内皮细胞的活化,减少炎症介质、化学趋化因子的产生和释放,下调血管黏附分子的表达,从而减轻白细胞的黏附和浸润;APC对白细胞的作用与内皮细胞相似,它抑制白细胞的活化并减少大量细胞因子的产生,从而降低内皮细胞和白细胞的相互作用,减轻炎症反应的程度。此外,APC通过其抗凝活性抑制T的产生,也间接降低了T所介导的促炎症反应,因为T除了促进纤维蛋白沉积外,还具有致炎症的损伤作用[1920]。

  3.2.3  APC的抗凋亡活性 

  凋亡的发生有内源性和外源性两条途经:前者可被多种细胞应激所诱导,引起线粒体释放细胞色素c,形成凋亡体,最终活化效应分子caspase3,使细胞发生凋亡;后者则由胞外的促凋亡介质(如TNFα)激活膜表面的死亡受体,启动死亡信号引起,通过激活caspase8而活化caspase3,引起细胞凋亡。APC在EPCR、PAR1的参与下,下调P53、Bax,上调Bcl2表达,使Bax/Bcl2值正常化,降低caspase3活性,抑制凋亡发生[21]。在败血症鼠模型中,rhAPC明显降低了该动物脑神经元细胞和星形胶质细胞的凋亡,免疫组织化学检测显示,脑细胞中Bax、细胞色素C、caspase8以及caspase3表达明显降低,而Bcl2的表达明显增加[22]。而此前,APC抑制缺血缺氧性脑病鼠脑组织细胞凋亡的现象也有报道[23]。上述结果表明APC可以同时抑制内源性和外源性凋亡途经,发挥其抗凋亡作用。

  3.2.4  APC对内皮细胞屏障的保护作用 

  内皮细胞屏障破坏导致血管通透性增加,是SIRS诱发ALI的核心事件。在人肺内皮细胞培养实验中,对跨膜电阻(TER)的测量显示,APC以浓度依赖的方式明显抑制T诱导的TER下降,即强化了内皮细胞的屏障。进一步研究其下游分子提示,胞膜受体PAR1、EPCR和鞘氨醇1磷酸受体1(S1P1)以及胞内细胞骨架调节相关的肌球蛋白轻链(myosin light chain,MLC)和Rac GTP酶参与其中[2425]。故APC稳定内皮细胞屏障的机制可能为:APC激活PAR1受体后,活化胞内鞘氨醇激酶(SphK),催化屏障稳定物质鞘氨醇1磷酸(S1P)的产生,S1P则激活胞膜表面的S1P1受体启动相应的胞内信号,诱导内皮细胞骨架重组和稳定,并加强细胞间连接,从而降低了EC的通透性[26]。最近一项利用基因敲除方法的研究也证实,S1P1受体的交叉活化是APC发挥屏障保护作用所必须的[27]。

     4  APC的抗ALI作用

     ALI的重要特征是肺部弥漫性炎症导致的血管通透性升高而发生肺水肿,其病理改变包括:肺泡上皮和内皮细胞的凋亡失调,肺组织内大量激活的炎症细胞和细胞成分聚集、浸润,内皮细胞屏障的完整性被破坏以及血管内有形、无定形物质外渗并沉积在肺泡间质和肺泡等。凝血系统异常是ALI的主要参与者,它直接与炎症系统通过串话(crosstalk)作用诱发肺部炎症。支持该观点的证据有:ALI的肺组织学检查可见毛细血管内微血栓的形成;活化的血小板除了参与血凝块的形成外,还释放多种炎症性、血管活性和增加通透性物质,并与肺内皮细胞、中性粒细胞相互作用促进肺部损伤的进展[2829]。

     T处于两者串话的枢纽位置,一方面促进凝血和高凝状态的发生,另一方面具有强大的促进炎症发展和损伤组织细胞的作用[19]。APC是凝血调节蛋白酶,具有抑制T过度产生和促进纤溶活性的作用;同时APC还借助细胞表面的辅助受体EPCR活化特异性受体PAR1,产生调节基因表达、抗炎、抗凋亡和稳定内皮细胞屏障等细胞保护效应,故认为APC具有抗ALI的作用。

 Kotanidou等在吸入内毒素诱发的ALI鼠中观察到,吸入rhAPC明显减轻了肺部中性粒细胞和巨噬细胞的浸润、聚集,认为血管细胞黏附分子1(VCAM1)表达的降低可能是其作用机制[30]。Teke等在肠缺血再灌注性ALI鼠模型中发现,rhAPC使肺组织内氧化性酶活性降低,抗氧化酶活性升高,且血浆中TNFα、IL6水平明显降低,肺水肿程度、肺毛细血管蛋白质渗出和ALI评分均下降[31]。Jian等在酸吸入性ALI模型中也观察到类似的抗肺损伤作用[32]。He等应用牛APC明显改善了兔ALI的肺氧合指数,并减轻了ALI评分,而该作用明显与APC的抗凝和促纤溶作用有关[33]。

     5  总结与展望
    
  ALI是临床上多见且后果严重的并发症,见于脓毒血症、严重创伤、体外循环心脏手术、重症胰腺炎等情况。其病理学基础为:肺部广泛的炎症反应和凝血级联反应活化,导致肺毛细血管通透性增加及肺水肿。APC是一种内源性抗凝物质,抑制T的产生,兼有抗炎、抗凋亡、稳定内皮细胞屏障的细胞保护作用。目前rhAPC已应用于重症脓毒血症患者,也有研究支持其存在抗ALI作用,故对其作用机制和应用范围的进一步研究、认识将有助于我们扩展其临床应用指征,使更多患者受益。

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